JPH04318932A - 金属パターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造プロセスに
おける金属パターン形成方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造プロセスの技術分野において
、Ｓｉを代表とするＩＶ族半導体は、酸、アルカリに強
く、フォトリソグラフィーによって金属配線を行なう場
合、図３（ａ）〜図３（ｆ）の工程図に示すように、レ
ジストをマスクとして、酸またはアルカリエッチャント
によるウエットエッチングが可能である。

【０００３】即ち、同図において、１は基板材料、２は
金属材料膜、３はレジスト材料膜であり、図３（ｂ）は
金属材料膜の形成工程、図３（ｃ）はレジストの塗布工
程、図３（ｄ）はフォトリソグラフィーによるパターン
形成工程、図３（ｅ）はエッチング液による金属材料膜
のエッチング工程、図３（ｆ）はレジスト材料の除去工
程を示す。

【０００４】これは、ＩＶ族半導体金属が、酸・アルカ
リエッチャントに対して、金属よりはるかに耐久性が大
きく、金属が溶解してエッチャントが直接ＩＶ族半導体
に接しても、ＩＶ族半導体自身はエッチングされないこ
とを利用している。

【０００５】しかし、酸化亜鉛（ＺｎＯ）や硫化亜鉛（
ＺｎＳ）に代表されるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体あるい
は砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に代表されるＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体は、Ｓｉに代表されるＩＶ族半導体ほど酸
やアルカリのエッチャントに対して耐久性はなく、図３
（ａ）〜図３（ｆ）に示すようなウエットエッチングは
不可能であることが多い。

【０００６】そこで、図４（ａ）〜図４（ｅ）に示すよ
うなリフトオフ法が採用されている。このリフトオフ法
は、配線したい場所以外をフォトリソグラフィーによっ
てレジストで覆い、次に適当な方法で全面に金属を蒸着
し、その後、適当な溶剤でレジストを除去し、同時にレ
ジスト上に蒸着されていた金属を除去して、所定の場所
だけに金属を残す方法である。

【０００７】即ち、同図において、１は基板材料、２は
金属材料膜、３はレジスト材料膜であり、図４（ｂ）は
レジスト塗布工程、図４（ｃ）はフォトリソグラフィー
によるパターンの形成工程、図４（ｄ）は金属材料膜の
形成工程、図４（ｅ）はレジストと不要な金属部分の除
去工程を示す。

【０００８】上記方法では、配線したい金属からレジス
トを利用して、不要な金属を物理的に切り取る形で除去
できるため、化合物半導体を犯す酸やアルカリエッチャ
ントを使用する必要がなく、安全確実な配線が可能であ
る。しかし、リフトオフ法の欠点として、次のことが挙
げられる。金属を配線したい面と金属を除去したいレジ
ストでマスクされた面は蒸着後の金属がつながらないか
、あるいはつながっていても物理的な力（例えば超音波
等）で簡単に分離できる程度の段差をレジストによって
つける必要がある。つまり、図５に示すように、金属の
厚みに対して段差が小さいか、金属蒸気に斜め入射が起
きると、段差を越えて金属がつながってしまい、余分な
金属を除去できなくなる。

【０００９】上記の問題を簡単に解決するには、段差を
蒸着金属の厚みより大きくすることは言うまでもないが
、図６に示すように、金属蒸気が蒸発面に対してほぼ垂
直に入射してくる必要がある。しかし、金属蒸気を垂直
に入射させようとすると、半導体製造プロセスの作業効
率がかなり低下する。通常、蒸着は高真空チャンバ内の
坩堝内に置かれた金属を適当な手段で加熱し、蒸発した
金属は他と衝突することなく、ほぼ直進して被蒸着基板
に到達して金属膜となる。

【００１０】リフトオフを行なうには、図７に示すよう
に、真空チャンバ４内でホルダー５に支持された被蒸着
基板１は金属蒸発源６に対して、図示の如き位置関係に
配置される必要がある。処理枚数は蒸発金属が基板に対
して、許容できる斜め入射角度（θ）程度までの面積で
決まってしまう。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】通常、リフトオフを行
なわない目的で金属を蒸着する場合（ウエットエッチン
グ等の場合）、図８に示すプラネタリー機構を設け、蒸
発源に対してプラネタリーを回転させて、多数の基板に
対して均一な膜厚で金属を蒸着できる工夫がなされてい
る。例えば、同一直径の真空チャンバーを使用して金属
蒸着を行なう場合、リフトオフを目的とした金属蒸着と
、プラネタリー機構を使用したウエットエッチングを目
的とした金属蒸着とでは、１回の処理枚数は約１０倍程
度プラネタリー機構を使用する方が多い。しかし、プラ
ネタリー機構においては金属蒸気は基板に対して斜め入
射部分がかなり多くなる。この機構を用いてリフトオフ
を行なおうとすると、レジスト側面にも金属が蒸着され
るので、レジストの段差を越え金属がつながることにな
り、当然ながら不要金属を物理的に除去することは困難
である。また、たとえ大部分の不要部分が除去できても
、配線された蒸着金属端面にバリが残る場合が多く、実
用的でない。なお、図８の７はプラネタリー機構、８は
ヒーターである。

【００１２】

【発明の目的】本発明の目的は、化合物半導体のように
酸やアルカリによるウエットエッチングでは不可能な金
属配線を、安全確実なリフトオフによって生産性良く行
なうことができる金属パターン形成方法を提供すること
にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による金属パター
ン形成方法は、化合物半導体基板上に、レジスト材料膜
を形成する工程と、前記レジスト材料膜中、パターンを
形成する部分のレジスト材料膜を除去する工程と、前記
レジスト材料膜が残された基板上にプラネタリー機構付
き真空蒸着機により金属膜を蒸着させる工程と、レジス
ト側面に蒸着された金属をエッチングする工程と、残さ
れたレジストと、その上の金属膜を除去する工程とより
成ることを要旨とする。プラネタリー機構を用いないと
、１回の処理枚数が極めて少なく、生産性は悪い。そこ
で、プラネタリー機構は蒸発には必須のメカニズムであ
る。

【００１４】フォトリソグラフィーによってできるレジ
スト側面に斜め入射によって蒸着される金属が所定の金
属配線部分と、それ以外のレジストマス部に蒸着された
金属を橋掛けしており、プラネタリー機構を使用して、
かつリフトオフを可能ならしめるためには、このレジス
ト側面部分に蒸発された金属を除去するか、または極端
に薄くして、超音波振動等の物理的な力によって容易に
橋掛けが切断されるようにすればよい。

【００１５】本発明者等は、プラネタリー機構によって
蒸着される金属蒸着膜の厚みを詳細に調べた結果、レジ
スト側面に斜め入射のみによって蒸着される金属膜は、
側面以外の平面部分に蒸着される金属膜に比べて厚みが
薄いことが判明した。そこで、あらかじめ平面部分と側
面部分の金属膜の厚み比を実験的に測定しておいて、側
面部分に蒸着された金属膜をウエットエッチングで除去
し、かつ平面部分に残る金属膜の厚みを所定膜厚に調整
できることを見出した。このプロセスを行なった後、通
常の溶剤によるレジスト除去作業を行なうと、リフトオ
フは可能となった。

【００１６】前記側面部分と平面部分の金属膜の厚み比
は、レジストの厚み、および蒸着装置によって異なるの
で、装置ごとに実験で厚み比を確認するか、計算によっ
て求める。また、レジスト側面の金属膜は厚みにばらつ
きがかなりあるので、完全に除去する必要はなく、一番
薄い部分が完全にエッチングされれば、残りの部分は次
のリフトオフ工程で容易に除去できることも分かった。 つまり、レジスト側面の金属膜を厳密にジャストエッチ
ングする必要はなく、おおまかなエッチングでよいので
、作業性もよい。

【００１７】

【作用】上記金属パターン形成方法によれば、化合物半
導体のように酸やアルカリによるウエットエッチングで
は不可能な金属配線がリフトオフによって確実に形成さ
れる。

【００１８】

【実施例】３インチシリコン基板に堆積させた酸化亜鉛
（ＺｎＯ）膜にアルミニウム金属を配線する場合の実施
例を、図１（ａ）〜図１（ｅ）の工程図について述べる
。デバイスの構造を図２に示す。同図において、１０は
シリコン基板、１１はシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、１
２は酸化亜鉛膜、１３はアルミニウム金属配線である。 ＺｎＯ膜は酸やアルカリに対して耐久性が全くなく、ア
ルミニウムを配線する際に、図３のようなウエットエッ
チング法を行なうことは全く不可能である。

【００１９】図１（ａ） 酸化亜鉛膜１２上にレジスト１４を塗布する。

【００２０】図１（ｂ） レジストのフォトリソグラフィーによる配線パターンを
行なう。

【００２１】図１（ｃ） プラネタリー機構付き真空蒸着機により、アルミニウム
蒸着を行なう。所望の配線用アルミニウム金属膜の厚み
は０．３μ程度である。プラネタリー機構でアルミニウ
ムを蒸着すると、平面部に蒸着されるアルミニウム金属
０．５μに対し、最小厚み約０．１５μのアルミニウム
金属がレジスト側面に蒸着されることが分かった。

【００２２】図１（ｄ） そこで、厚み０．３μのアルミニウム配線を得、かつレ
ジスト側面のアルミニウム金属を最小厚み程度エッチン
グするためには、４．２μのアルミニウム金属をプラネ
タリー機構を用いて蒸着し、アルミニウム膜厚１．２μ
だけ均一にウエットエッチングすると、レジスト側面の
アルミニウム金属はほぼ除去される。そこで、エッチン
グ速度０．２μ／分程度のリン酸を主体としたエッチン
グ液を調製し、６分間ウエットエッチングを行なった。

【００２３】図１（ｅ） その後、通常のリフトオフ工程を行ない、溶剤によるレ
ジストを除去し、それに伴うレジスト上のアルミニウム
金属を除去し、所定のアルミニウム配線を得ることがで
きた。

【００２４】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
化合物半導体のように酸やアルカリによるウエットエッ
チングでは不可能な金属配線を、安全確実なリフトオフ
によって生産性良く形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１の（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ
）は本発明の一実施例を示す工程図である。

【図２】実施例のデバイス構造側面図である。

【図３】図３の（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ
），（ｆ）は従来のエッチングによるパターン形成工程
図である。

【図４】図４の（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ
）は従来のリフトオフによるパターン形成工程図である
。

【図５】金属蒸気の斜め入射のあるときの蒸着状態の側
面図である。

【図６】金属蒸気が垂直入射のときの蒸着状態の側面図
である。

【図７】リフトオフに適した金属蒸着源と被蒸着基板の
位置関係を示す金属蒸着機の側面図である。

【図８】プラネタリー機構付き真空蒸着機の側面図であ
る。

【符号の説明】

１　　基板材料 ２　　金属材料膜 ３　　レジスト材料膜 ４　　真空チャンバー ５　　基板ホルダー ６　　金属蒸発源 ７　　プラネタリー機構 ８　　ヒーター １０　　シリコン基板 １１　　シリコン酸化膜 １２　　酸化亜鉛膜 １３　　アルミニウム金属配線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　化合物半導体基板上にレジスト材料膜
   を形成する工程と、前記レジスト材料膜中、パターンを
   形成する部分のレジスト材料膜を除去する工程と、前記
   レジスト材料膜が残された基板上に、プラネタリー機構
   付き真空蒸着機により金属膜を蒸着させる工程と、レジ
   スト側面に蒸着された金属をエッチングする工程と、残
   されたレジストと、その上の金属間を除去する工程とか
   ら成ることを特徴とする金属パターン形成方法。